книги / Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ

полагают на тяжелых сварочных тележках, обеспечивающих безвибрационное и плавное прохождение труб под сварочными автоматами.

После сварки каждую трубу подвергают тщательному визуальному контролю снаружи и изнутри, прежде всего в зоне сварного шва. Кроме того, сварной шов по всей длине трубы проверяют с помощью ультразву­ ка. Этот вид испытания и рентгеновское просвечивание служат для вы­ явления дефектов.

Калибровку труб, т.е. доводку их размера и формы, осуществляют экспандированием —расширением трубы внутренним гидравлическим IJ давлением, превышающим испытательное. Экспандирование труб прово­ дят на прессах-расширителях в специальной разъемной цилиндрической секционной обойме-штампах общей длиной, равной длине трубы. С обе­ их сторон обоймы располагают силовые головки, закрывающие трубу с концов. Работой пресса-распшрителя управляют при помощи гидравличе­ ской системы. Пластическая деформация металла труб при экспандиро-

вании не должна превышать 1,2 %.

Перед экспандированием торцы труб обтачивают и на внутренних их концах снимают усиление сварного шва на длину 150—200 мм, так как в трубу с обоих концов вставляют заглушки-конусы силовых головок с приспособлениями. При этом через одну головку подают воду под давле­ нием для расширения трубы, а через другую выпускают воздух из трубы. Когда стенки трубы в процессе экспандирования прижмутся к внутрен­ ней поверхности обоймы, труба достигает максимального диаметра. Это является пределом экспандирования и дает возможность получить трубу заданного диаметра и точной формы, а также исключить неравномерную деформацию металла трубы в процессе ее расширения под давлением воды.

После экспандирования проводят гидравлическое испытание трубы. При этом в трубе снижают давление до давления, несколько меньшего испытательного. Затем обоймы раскрывают и одновременно, с создани­ ем и поддержанием испытательного давления, специальное устройство с молоточками обстукивает трубу, как это требуется при гидравлическом испытании. Эти испытания проводят при давлении, доводящем трубу почти до предела текучести и значительно превышающем будущее рабо­ чее давление. Во время испытания давление и время выдержки регистри­ руют с помощью самописца.

После очистки и сушки труб следует второе ультразвуковое испыта­ ние по всей длине сварного шва. Отмеченные дефектоскопом участки, а также концы труб подвергают рентгеновскому контролю.

Затем трубы до визуального контроля наружной и внутренней по­ верхностей контролируют методом магнитопорошковой дефектоско­ пии.

На последней стадии производства с обоих концов труб за один за­ жим снимают фаску одновременно для того, чтобы оба конца трубы рас­

121

полагались перпендикулярно к ее оси и плоскопараллельно относительно друг друга. Это также является важным условием для выполнения каче­ ственной сварки кольцевых швов.

Трубы диаметром 1020 мм и выше собирают из двух полуцилиндри- V ческих заготовок. В этом случае такие заготовки формуют на тех же гидравлических прессах, что и цилиндрические заготовки. Меняют лишь формующий инструмент. Подготовительные операции листов оста­

ются прежними.

Технологический процесс изготовления труб диаметром 1020 мм и более из двух полуцилиндров включает правку листов, строжку их кро­ мок, подгибку кромок, предварительную формовку заготовок, оконча­ тельную формовку заготовок в виде полуцилиндров, сборку полуцили­ ндров, сварку наружного и внутреннего швов, обрезку кратерных уча­ стков и торцовку труб, фрезерование усиления внутреннего шва, раздачу и гидроиспытание на экспандере.

Установка для сборки трубных заготовок из двух полуцилиндров состоит из расположенных с двух сторон подводящих рольгангов с вы­ равнивающим устройством, с помощью которого оба полуцилиндра за­ хватывают, поворачивают на угол 90°, соединяют продольными кром­ ками и затем с помощью цепного заталкивателя подают в первый сва­ рочный стан для наложения наружного шва. Скорость подачи полуци­ линдров в сварочный стан цепным заталкивателем должна быть несколь­ ко выше скорости сварки.

Прямошовные трубы диаметром 530 мм и других размеров с приме­ нением метода холодного вальцевания изготовляют из листовой заготов­ ки. При такой формовке лист подвергают двум операциям: подгибке кромок на кромкогибочной машине и формовке трубной заготовки на гибочных вальцах. Стальные листы подают со склада на кромкостро­ гальную машину для строжки продольных кромок и снятия фаски на них под сварку. Затем на очистной машине дробеметного или щеточного типа очищают края листов, а кромки подгибают по радиусу готовой тру­ бы. Далее заготовки формуют в трубу цилиндрической формы на трех или четырех валковых гибочных вальцах (рис. 56) .

При изготовлении труб диаметром свыше 820 мм перед формовкой трубной заготовки на гибочных вальцах два узких листа собирают в кар­ ту и сваривают их на отдельных участках. Сборку и прихватку листов, а также приварку технологических планок осуществляют на специаль­ ном стане, состоящем из сварной рамы, прижимной траверсы с медными пластинами, рабочего и задающего рольгангов и двух однодуговых сва­ рочных автоматов с флюсоаппаратурой.

Листы с задающего рольганга подают на рабочий рольганг до упо­ ров так, чтобы стык продольных кромок листов находился на оси при­ жимной траверсы. Рабочим рольгангом выравнивают торцы листов с од­ ного края, чтобы они составляли прямую линию, сводят листы до со-

122

прикосновения продольных кромок с зазором не более 1 мм и поджи­ мают их к раме прижимной траверсой. К концам листов у края стыка однодуговым автоматом приваривают технологические планки, после чего концы стыкуемых листов сваривают на длину 100 мм. После этого осуществляют сварку продольных кромок на участках длиной 25— 50 мм, удаленных друг от друга на расстояние от 150 до 700 мм,

Картосварочный стан обрудован так же, как стан для сборки карт. Удалив шлаковую корочку со швов и зачистив протеки металла, ли­

сты, собранные в карту, подают на картосварочный стан до упоров так, чтобы стык листов оказался на оси прижимной траверсы, которая с по­ мощью цилиндров поднимается кверху и поджимает листы к раме стана. Медные пластины траверсы служат подкладкой при сварке и предотвра­ щают протекание металла. Листы сваривают двухдуговым автоматом под флюсом.

После сварки первого шва карту подают в кантователь, где ее пере­ ворачивают на 180° вдоль длинной оси, и затем передают на второй стан для наложения второго шва двумя дугами.

Подгибку кромок на кромкогибочной машине ведут в следующей последовательности: сваренную карту приводными роликами подают в машину так, чтобы передний конец шаблона перекрывал карту на 200— 300 мм; карту центруют с помощью вспомогательных цилиндров, ко­ торые подводят шаблоны к карте; включают цилиндры прижимных балок, с их помощью продольные кромки карты прижимают к шабло­ нам; включают гибочные цилиндры и шаблоны, накатываясь на края карты, подгибают кромки одновременно на всей длине карты с двух сторон; после завершения процесса гибки прижимная балка опускает­ ся в исходное положение и ролики выдают освобожденную от прижима карту из машины; шаблоны возвращаются в исходное положение.

Кромки карты сразу подгибают по всей длине на одну ширину и од­ ним радиусом. После подгибки кромок карту очищают от флюсовой корки и остатков флюса. Технологические планки с концов трубы обре­ зают.

Лист или карту формуют в трубную заготовку обычно на четырех­ валковых гибочных вальцах, дающих лучшие результаты. Четырех­ валковые гибочные вальцы состоят из двух станин с четырьмя валками. Опорами верхнего рабочего валка служат откидывающийся и шарнир­

123

ный корпусы. Откидывающийся корпус установлен со стороны, проти­ воположной приводу; для снятия трубной заготовки с верхнего валка его откидывают, а верхний валок поворачивают на угол до 4° Верх­ ний валок — приводной. Нижний рабочий и гибочные боковые валки имеют вертикальное перемещение. Вращение нижнего рабочего и гибоч­ ных валков осуществляется от верхнего приводного валка благодаря

силам трения между изгибаемым листом и валками.

Карту подают по стеллажу на подъемный стол машины, максималь­ ный угол подъема которого равен 45° По наклонным роликам стола карта скатывается в валки машины. В момент начала формовки про­ дольная кромка карты должна быть параллельна боковому валку. Фор­ мовку ведут при минимальной раскатке карты в машине. Для этого ниж­ ний валок включается в работу только при первом проходе карты, при выравнивании кромок заготовки или в случае пробуксовки карты в вал­ ках при гибке между верхним и боковыми валками.

В настоящее время на станах с формовкой трубных заготовок на ги­ бочных вальцах принят следующий порядок технологических операций после формовки заготовок на четырехвалковых гибочных вальцах: предварительная сварка труб на станах предварительной сварки; сварка внутреннего шва на трубосварочном стане; сварка наружного шва па трубосварочном стане; удаление флюса и шлаковой корки из труб; ин­ спекция и ремонт труб с дефектами шва; контроль на дефектоскопе продольных швов труб; обрезка концов труб, удаление кратерных уча­ стков шва; снятие валика внутреннего сварного шва на фрезерных стан­ ках; раздача и испытание труб гидростатическим давлением на прессерасширителе. После гидравлического испытания проводят контроль ка­ чества и ремонт труб, вырезку дефектных участков и снятие фаски у труб на трубообрезном станке, а затем стыковую сварку двух труб дли­ ной 6 м в трубу длиной 12 м. Концы сварных труб, предназначенных для изготовления магистральных трубопроводов, калибруют на длине 200 мм.

Для магистральных трубопроводов прямошовные трубы изготовля­ ют следующих видов: из листовой стали контролируемой прокатки диа­ метром 1420, 1220 и 1020 мм; из листовой нормализованной стали диа­ метром 1220 и 1020 мм; из листовой горячекатаной стали диаметром 820, 720 и 530 мм; из рулонной горячекатаной стали диаметром до 530 мм.

Спиральношовные трубы

Трубы изготовляют из стальной рулонной ленты путем сворачивания ее по спирали в непрерывную трубу. Спиральношовные трубы малых (до 530 мм) и средних (530—820 мм) диаметров формуют с двухсторонним сварным швом на специальном трубном стане (рис. 57), включающем в

1 2 4

Рис. 57. Схема расположении оборудования трубоэлектросварочного стана 1020 для изготовления спиральношовных труб

себя линию подготовки полосы и формовочно-сварочное устройство, в котором смонтированы вместе формовочная машина и сварочные го­ ловки.

Линия подготовки полосы состоит из следующих основных узлов: разматывателя 1\ правильной машины 2, на которой рулонированная лента выправляется в плоскую; ножниц 3 для обрезки концов рулона; стыкосварочной машины 4, сваривающей конец предыдущего рулона с началом последующего; подающих роликов 5; петлеобразователя б, ко­ торый позволяет при стыковании лент не останавливать процесс фор­ мовки и сварки труб; ножниц 7 для обрезки боковых кромок ленты; кромкообрабатывающего устройства, на котором строгаются и разделы­ ваются кромки ленты до заданных размеров и фаски под сварку спи­ рального шва; подающей машины с вводными проводками 8 формовоч­ но-сварочного устройства. Обрезанные и состыкованные концы рулонов соединяют в непрерывную полосу на стыкосварочной машине сначала односторонней сваркой под флюсом. Сварочную головку, флюсоаппарат, катушки электродной проволоки устанавливают на самоходной тележке, перемещающейся вдоль свариваемых кромок. Сварку проводят без тех­ нологических планок, так как кратеры сварочной дуги отрезают далее вместе с кромками дисковыми ножницами. Усиление шва не снимают. Поскольку полосы в формовочно-сварочное устройство подают снизу, корень стыкового шва лент располагается снаружи трубы, и его потом в трубоотделочном отделении подвергают зачистке, разделке и сварке на специальной установке. По ходу движения ленты установлены верти­ кальные роликовые проводки, обеспечивающие ее правильное движение без выпучивания.

Формовочно-сварочное устройство состоит из формовочной машины 10 полувтулочного типа; сварочных головок 9 и 11 для выполнения двухстороннего спирального шва; летучего отрезного станка 72, обору­ дованного специальными резаками.

Формовочная машина установлена на опорно-поворотной раме 13 и перемещается относительно вертикальной оси опорного узла, идущей от точки пересечения оси подготовительной линии и продольной оси голов­

125

ной трубы в плане. Рама одним концом опирается на ролики опорного узла, установленного на фундаменте, и другим концом перемещается с помощью катков по криволинейным рельсовым путям. С этой по­ движной стороны к раме крепят выходной мост, состоящий из отдель­ ных тележек, скрепленных жесткой рамой. При изменении угла формов­ ки происходит перемещение тележек на катках по криволинейным рель­ совым путям вместе с рамой. На тележках крепят цилиндрические роли­ ки, образующие отводящий рольганг выходного моста.

Для удержания сформованной трубы по оси отводящего рольганга по его бокам располагают поддерживающие ролики, выставляемые на определенную высоту по диаметру трубы при настройке стана.

Формовочная машина выполнена в виде оребренной втулки, наса­ женной на ось поворота выходного моста. Ее фиксируют под необходи­ мым углом формовки относительно подготовительной линии стана. Ось выходного моста совпадает с осью формовочной втулки.

Стальная лента входит в формовочную машину с одной стороны и, сворачиваясь по спирали, выходит из нее в виде готовой трубы с другой стороны на отводящий рольганг выходного моста, совершая поступа­ тельно-вращательное движение.

Для изготовления спиральношовных труб большого диаметра (1020-1420 мм) с разматывателя полосу с помощью вспомогательной системы подающих роликов передают на установку для поперечной рез­ ки. Конец уходящей полосы и передний конец следующей полосы обре­ зают под прямым углом и обе полосы соединяют между собой путем на­ ложения одного слоя сваркой под флюсом. Далее полоса проходит прав­ ку в правильно-роликовом устройстве, обрезку кромок полосы с обеих сторон дисковыми ножницами. Затем кромки обрабатывают ротацион­ ными фрезерными головками так, чтобы в зависимости от толщины стенки получалась оптимальная фаска под сварку.

Перед формовкой трубы подгибают кромки полосы. Формовку по­ лосы в трубу осуществляют по типу трехвалковой гибочной машины. Гибочные валки скомпонованы в виде целого ряда поворотных роликов, угол задачи которых устанавливают бесступенчато. Угол задачи а, шири­ на полосы В и диаметр трубы D связаны формулой sin а = В fuD.

Зазор между обеими кромками формуемой трубы поддерживают постоянным с помощью автоматической системы регулирования.

Сразу же после формовки труб в момент схождения кромок свари­ вают внутренний шов. Во избежание появления трещин процесс сварки начинают только тогда, когда кромки уже больше не перемещаются от­ носительно друг друга. Для этого после формовки создана опора для по­ лосовой спирали. Соблюдение допусков по диаметру, овальности, криви­ зне бесконечной трубы обеспечивают применением звездообразной оп­ равки, представляющей собой шайбу, оснащенную роликами. Ролики ра­

126

сположены в осевом направлении и могут смещаться по высоте в зависи­ мости от внутреннего диаметра трубы.

Через полшага спирали по окончании сварки внутреннего шва свари­ вают наружный шов. В зависимости от диаметра и толщины стенки тру­ бы для сварки применяют один, два или три электрода.

Контроль сварного шва, а также тела трубы по всей ширине полосы осуществляют ультразвуком на стане.

Бесконечную трубу разрезают плазменной резкой на мерные длины. Выполненный вначале только один слой сварного шва при стыковке концов полос подваривают снаружи автоматической сваркой под флю­ сом. После этого проводят визуальный контроль поверхностей труб и сварного шва и снятие фасок на концах труб, а затем гидравлическое испытание труб, при котором давление и время выдержки назначают в

зависимости от размеров и рабочего давления.

Неразрушающий сдаточный контроль ультразвуком охватывает сварной шов и концы труб со снятыми фасками по всему периметру труб. Рентгеновский контроль сварного шва осуществляют на концах труб и на участках, получивших отметки ультразвукового контроля, а также на сварных стыках полос. В заключение проводят еще раз визу­ альный контроль наружной и внутренней поверхностей, а также разме­ ров труб.

Прочность и надежность спиральношовных труб, в частности, против лавинного разрушения можно повысить при изготовлении их из двух слоев ленты. Технологический процесс изготовления двухслойных спи­ ральношовных труб (рис. 58) состоит в совместной формовке двух на­ ложенных друг на друга полос со смещенными в горизонтальной плоско­ сти кромками и раздельной сварке сначала технологических швов в сре­ де углекислого газа, а затем рабочих швов под слоем флюса. Для произ­ водства двухслойных труб применяют обычный рулонный металл. К по­ лосе внутреннего слоя трубы предъявляют повышенные требования к качеству металла.

Сварочный зазор при сварке двухслойных труб может достигать 4 мм по сравнению с 0,8—0,1 мм для однослойных труб. Это связано с тем, что сварку каждого из слоев проводят на своеобразной подкладке второго слоя, препятствующего протеканию металла из сварочной зоны и прожогу шва. Менее жесткие требования к сварочному зазору между сопрягаемыми при формовке кромками полос и первым витком трубы уменьшают влияние серповидности исходных полос на точность и ста­ бильность формовки.

На линиях подготовки полосы проводят размотку рулонов, правку и сварку полос, обрезку концов и разделку кромок, очистку поверхно­ сти листов и др. В полосе наружного слоя специальными летучими стан­ ками сверлят перфорационные отверстия диаметром 10-12 мм, которые при аварийном разрыве в трубопроводе внутреннего слоя играют роль

127

Рис. 58. Схема стана для изготовления двухслойных спиральношовных труб:

1 — линия подачи одной полосы; 2 — линия подачи второй полосы; 3 — ф ормо­ вочное устройство

своеобразных гасителей давления. Полоса внутреннего слоя проходит в линии подготовки 100 %-ный автоматический ультразвуковой контроль.

Особенностью изготовления спиральношовных труб является то, что формовочно-сварочное оборудование очень компактно, легко позво­ ляет из ленты одной ширины (за счет изменения угла навивки спирали и применения соответствующего формовочного устройства) изготовлять трубы правильной формы и точных размеров, определенного диапазона диаметров без дополнительной правки и экспандирования.

Спиральношовные трубы дешевле прямошовных, так как стальная лента на 20—35 % дешевле широколистовой стали. При этом достигается экономия металла (примерно на 10%) за счет снижения его расхода на обрезку после прокатки, уменьшения допусков по толщине и отходов при обрезке концов труб. Простота оборудования и небольшие капи­ тальные затраты при строительстве цеха по изготовлению труб со спи­ ральным швом являются их преимуществом по сравнению с изготовле­ нием прямошовных труб. За счет спирального шва труба становится бо­ лее жесткой, лучше сохраняет цилиндрическую форму при транспорти­ ровке. При эксплуатации трубопровода из спиральношовных труб глав­ ные напряжения располагаются под углом к направлению прокатки лен­ ты, что повышает работоспособность металла.

Преимуществом спиральношовных труб также является то, что в процессе их изготовления металл труб практически не изменяет своих пластических и вязких свойств, а сам процесс производства труб легко

128

поддается механизации и автоматизации. Кроме того, металл спирально­ шовных труб работает в более благоприятных условиях, чем металл прямошовных труб, так как волокна его катаной структуры направлены под углом навивки к продольной оси трубы. Недостатком спирально­ шовных труб считают большую протяженность сварных швов по сравне­ нию с прямошовными трубами, спиральношовные трубы нельзя гнуть, они плохо копируют местность.

Для магистральных трубопроводов спиральношовные трубы изго­ товляют следующих видов: из горячекатаной рулонной стали диаметром 530-820 мм; термически упрочненные диаметром 820, 1020, 1220 и 1420 мм или с локальной термической обработкой сварных швов диа­ метром 1020 и 12 2 0 мм (формуют их из горячекатаной рулонной ста­

ли); толстостенные диаметром 1420 мм из последовательно стыкуе­ мых стальных листов контролируемой прокатки; двухслойные трубы

диаметром 1420 и 12 2 0 мм, формуемые из рулонной стали с одновре­ менной подачей двух стальных лент в формовочно-сварочное устройство с двух самостоятельных подготовительных линий или навивкой на обыч­ ную спиральношовную трубу второго слоя рулонной стали в направле­ нии, противоположном навивке первого слоя.

Многослойные трубы

В СССР Институтом электросварки им. Е.О. Патона разработаны электросварные многослойные трубы принципиально новой конструкции с приваренными по концам кольцами (обечайками) со сплошной стенкой. Они предназначены для строительства магистральных газопроводов на рабочее давление до 10 МПа и выше. Многослойные электросварные тру­ бы изготовляют из рулонной стальной полосы.

Специальным конвейером рулоны подают к разматывателю, обору­ дованному тянущими роликами, направляющими полосу в правильную машину. Передний конец выправленной полосы обрезают на ножницах. Отслоившуюся окалину и ржавчину удаляют с обеих сторон полосы вра­ щающимися стальными щетками. После очистки полосу контролируют автоматическим ультразвуковым дефектоскопом, помечающим краской участки с дефектами. Акустический контакт датчиков дефектоскопа с металлом полосы осуществляют с помощью воды. После ультразвуко­ вого контроля полоса проходит сушильную камеру для удаления с по­ верхности остатка влаги.

Дисковые ножницы обрезают продольные кромки, а дробеструй­ ная установка очищает сверху и снизу по 100 мм с краев полосы по ширине для получения качественных кольцевых швов при дальнейшей сварке трубы. Непрерывную полосу раскраивают на мерные длины, из которых далее навивают обечайку. Перед навивкой передний конец по­ лосы с помощью специального пресса подгибают по радиусу навивки, что

129

9 - 6682

обеспечивает его равномерное и плотное прилегание к последующему слою.

На входных рольгангах навивочных машин сверлят перфорационные отверстия —по два отверстия с каждой стороны на каждом витке обечай­ ки, кроме первого. Обечайку навивают на барабан моталки регулируе­ мого диаметра. Число слоев обечаек зависит от требуемой толщины стенки трубы и толщины каждого слоя. На полностью навитой обечайке проводят прихватку сваркой по торцам внутреннего и наружного вит­ ков. Снятые с барабана обечайки транспортируют к установке для свар­ ки наружных нахлесточных швов.

Сварочный аппарат осуществляет автоматическую двухдуговую комбинированную сварку. Первая дуга горит в атмосфере защитного газа, вторая —под слоем флюса. Начальные и конечные участки шва вы­ водят на приставные медные планки.

В специальном устройстве обечайки очищают от флюсовой корки и остатков флюса и подают на гидромеханический экспандер, где прово­ дят их раздачу для устранения межслойных зазоров и получения необхо­ димого внутреннего диаметра. После этого обечайки подают на установ­ ку для автоматической сварки внутренних нахлесточных швов. Сварку осуществляют под слоем флюса. Затем удаляют остатки флюса и флюсо­ вой корки из внутренней полости обечаек, проводят автоматический ультразвуковой контроль качества внутреннего нахлесточного шва. Герметичность внутренних нахлесточных швов дополнительно прове­ ряют на установке вакуум-пузырькового контроля. Перед испытанием поверхность шва смачивают индикаторным раствором. На контролируе­ мый участок с помощью пневмоцилиндра устанавливают и прижимают вакуум-камеру, в которой создают разряжение. Через верх камеры на­ блюдают за появлением пульсирующих пузырьков, которые являются признаком дефекта.

Далее торцы обечаек подготавливают под сварку и подают на уста­ новку сборки и сварки их в трубу кольцевыми технологическими шва­ ми автоматической дуговой сваркой в сре^е защитных газов. Электро­ механический копир обеспечивает автоматическое направление электро­ да по стыку. Технологический шов накладывают в зазоре между кром­ ками, не превышающем 1 мм.

Собранную трубу подают на установку для автоматической сварки под флюсом внутренних кольцевых швов в один проход. Одновремен­ но сваривают три кольцевых шва. После сварки внутренних кольцевых швов и удаления флюсовой корки и флюса трубу передают на установку с шестью сварочными аппаратами для сварки наружных швов. Сварку выполняют за один оборот трубы. Все шесть наружных кольцевых швов сваривают одновременно.

После зачистки сварных швов от флюсовой корки трубы контро лируют рентгеновской телевизионной установкой. Места пересечение

13 0